4_植物生理生态学--植物水分关系

植物水分利用效率的研究方法与影响因素植物学15硕凡 3150190 Tel.摘要：植物WUE是耦合植物光合与水分生理过程的重要指标, 同时也是联系植被生态系统碳循环和水循环的关键因子, 具有重要的生理学、生态学和水文学意义。

研究如何提高水分利用效率可提高同化物产量，节约水资源。

WUE有不同尺度和畴的研究，如叶片、全株、群体的尺度与瞬时WUE、在WUE和综合WUE，叶片WUE常用于代表植物整株WUE。

研究WUE的方法主要有光合气体交换法与稳定碳同位素法，其中稳定碳同位素法是较为先进、准确的测定方法。

本文提供了不同方法测定WUE的计算公式。

植物WUE受多种因素影响，包括植物生理因子如气孔导度、光合效率；环境因子如水分、光照、温度、CO浓度等；个体因子如代2途径、形态、基因型等。

本文同时提供了WUE研究分子生物学的前沿成果，为今后的研究提供了参考方向。

关键词：WUE；蒸腾作用；气孔导度；δ13CMethods and Factors of Plant Water Use Efficiency Abstract: WUE is an important indicator of plant photosynthesis and water coupling physiological processes, and also is the key factor contacting vegetation ecosystem carbon and water cycles, with important significance in physiology, ecology and hydrology. Study how to improve water use efficiency can increase assimilate production and conserve water resources. WUE studies at different scales and areas, such as scale of leaf, the whole plant and colony WUE, instant WUE, intrinsic WUE and integrated WUE. Leaf WUE commonly used in behalf of the whole plant WUE. WUE research methods mainly include photosynthetic gas exchange and stable carbon isotope method which is more advanced and more accurate. This article provides calculation formulas of different methods of WUE. Plant WUE affected by many factors, including plant physiological factors such as stomatal conductance, photosynthetic efficiency, environmentalconcentration, factors such as moisture, light, temperature, CO2individual factors such as metabolic pathways, morphology, genotype etc. This article also provides cutting-edge research in molecular biology achievement of WUE and provides a reference direction for future research.Keywords: WUE, transpiration, stomatal conductance, δ13C一、概述蒸腾作用对植物有重要意义，提供植物吸收和运输水分的主要动力，同时也会使植物丧失水分。

植物的生理生态学植物的生理生态学是研究植物在环境条件下的生理过程与生态适应的学科。

它旨在了解植物的生活方式、适应机制以及与外界环境的相互关系。

本文将从植物的光合作用、水分利用和营养吸收三个方面介绍植物的生理生态学。

1. 光合作用光合作用是植物利用阳光能量将二氧化碳和水转化为有机物质的过程。

植物通过叶绿体中的叶绿素吸收光能，并通过光合酶系统将这些能量转化为化学能。

光合作用为植物提供了能量和有机物质，同时释放出氧气。

在不同环境条件下，植物的光合作用能力会有所变化。

例如，光照强度较高时，植物的光合速率会增加，形成更多的有机物质储存。

而在光照不足的情况下，植物的光合速率会降低。

此外，光质和光周期也会影响植物的光合作用，如红光和蓝光对光合作用的调控作用。

2. 水分利用植物对水分的利用是其在生态环境中适应和生存的重要因素。

水分是植物体内的重要组成部分，参与到植物代谢反应中。

植物通过根系吸收土壤水分，并通过导管系统将水分输送到整个植物体。

植物在不同水分条件下表现出不同的适应机制。

例如，在缺水环境下，植物会通过减少蒸腾作用、增加根系吸收力和调节气孔开闭来减少水分的损失。

而在水分充足的条件下，植物则会增加蒸腾作用，促进养分吸收和生长。

3. 营养吸收植物的营养吸收是指植物通过根系吸收土壤中的营养元素，并将其运输到其他组织进行利用。

植物对不同营养元素的吸收和利用具有高度的选择性和调节性。

植物对养分的需求和吸收能力会随着环境条件的变化而改变。

例如，一些植物会在养分缺乏的环境中增加根系表面积，以提高养分吸收能力。

此外，不同土壤类型、pH值和微生物活性等因素也会影响植物对营养元素的吸收效率。

总结：植物的生理生态学研究了植物在环境条件下的生理过程和生态适应机制。

光合作用、水分利用和营养吸收是植物在环境中的重要生理过程。

通过深入研究植物的生理生态学，我们可以更好地理解植物的生活方式与适应机制，为植物的保护和利用提供科学依据。

植物生理生态学复习名词解释：第1章绪论1.生理生态学：以有机体的生理功能与其环境为研究对象的学科2.生态幅：每一种生物对每一种生态因子都有一个耐受范围；在耐受范围的最低点和最高点（或称耐受性的上限和下限）之间的范围，称为生态幅或生态价。

3.生理幅：植物的生理耐受范围（只考虑非生物因子作用的结果）4.逆境：指降低一些生理过程（如生长或光合作用）速率的生物或非生物因素第2章光合作用1.光饱和点：超过该光照强度时，CO2同化率不受光照强度影响2.光补偿点：光合作用CO2同化率与呼吸作用产生的CO2速率相等3.暗呼吸速率：植物体吸收氧气和放出二氧化碳的氧化还原过程的速率4.最大光合速率：在最适条件下达到的光合作用速率5.CO2补偿点：光合作用CO2同化率等于呼吸作用CO2产率时的CO2浓度6.光合有效辐射（PAR）：太阳辐射中能被绿色植物用来进行光合作用的那部分能量7.光合诱导：受光斑照射时，林下植物叶片便会逐渐提高其光合速率，这个过程涉及气孔导度的增大和光合酶的激活，称为光合诱导。

8.光合氮利用效率（PUNE）：光合组织每单位质量氮合成的有机物质量9.同位素分馏：由于同位素质量不同，因此在物理、化学及生物化学作用过程中，一种元素在不同物质之间的分配具有不同的同位素比值的现象10.水生植物的CO2来源与水pH值的关系a.当pH<7时，水体的CO2含量高，水生植物主要利用CO2进行光合作用。

b.当pH>7时，水体中CO2不足，则许多植物利用碳酸氢盐作为光合作用的碳源。

第3章呼吸作用1.呼吸商：呼吸作用释放CO2摩尔数与吸收O2摩尔数之比2.有氧呼吸：指细胞在氧气的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程3.无氧呼吸：在无氧条件下，通过酶的催化作用，植物细胞把糖类等有机物分解成为不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。

4.维持呼吸：维持植物组织现状的呼吸量5.生长呼吸：用于植物生长的呼吸量6.离子吸收呼吸：用于离子吸收的呼吸量7.交替呼吸（或抗氰氧化）：植物线粒体内膜上的非磷酸化电子转运途径，由交替氧化酶催化将还原型辅酶Q（转化为氧化型辅酶Q）中的电子转入O2。

植物的水分利用植物是自然界中非常重要的一部分，它们通过自身的光合作用和吸收土壤中的水分来生长和繁衍。

植物的水分利用过程复杂而神奇，涉及到许多生理和生态学的原理。

本文将以植物的水分吸收、传输和调节为主线，探讨植物如何有效利用水分来满足自身的生长需求。

1. 植物的水分吸收植物通过根系吸收土壤中的水分来满足自身的需求。

植物根系具有丰富的根毛，根毛可以增加根系的表面积，提高水分吸收的能力。

同时，植物根系中的根毛还能与土壤微生物形成共生关系，促进水分的吸收。

此外，植物根系还具有可调节的渗透压和脉压系统，使其能够在不同土壤水分条件下有效吸收水分。

2. 植物的水分传输植物的水分传输主要依靠根系与叶子之间的水力压力差，通过导管系统进行。

在植物体内，存在着两种类型的导管：木质部和韧皮部。

木质部主要负责水分与养分的上行运输，而韧皮部则负责废弃物和有机物质的下行运输。

由于水分分子之间的分子间力较大，因此植物在水分传输过程中面临一定的阻力。

为了克服阻力，植物导管系统内存在有纹孔和组织横纹等结构，可以减小水分的运输阻力。

3. 植物的水分调节植物需要根据环境条件来调节水分的吸收和保存，以满足不同生长阶段的水分需求。

在干旱条件下，植物通过关闭气孔来减少水分的蒸腾量。

气孔是植物叶片上的微小孔隙，用于气体交换和蒸腾作用。

植物可以通过开闭气孔的方式来调节水分的流失，从而保持水分的平衡。

此外，植物还能通过与土壤微生物共生、调节根毛长度等途径来调节水分的吸收和利用。

4. 植物的水分利用效率植物的水分利用效率是指单位光合固定碳素所消耗的水分量。

有些植物在干旱条件下能够保持较高的水分利用效率，这得益于它们与干旱环境的适应性。

这些植物通常具有较长的根系，能够深入土壤中寻找水源。

同时，它们还能通过调节光合酶的活性来优化光合作用的效率，减少水分的消耗。

综上所述，植物通过根系吸收土壤中的水分，通过导管系统进行水分传输，并通过调节气孔开闭、与土壤微生物共生等方式来调节水分的利用。

第一章植物的水分代谢水分代谢（water metabolism）植物对水分的吸收，水分在植物体内的运输利用以及水分的散失是构成植物水分代谢的不可分割的三个方面。

水分代谢的作用是维持植物体内水分平衡第一节水在植物生命活动中的重要性一、水的理化性质水的很多性质都是由其分子结构决定的。

水分子的结构具有如下特点：1. 水分子有很强的极性.2. 水分子之间通过氢键形成很强的内聚力3.水极容易与其它极性分子结合.一、水的理化性质（一）在生理温度下是液体由于水分子有很强的分子间力(氢键的作用), 所以, 虽然分子很小(分子量18), 但在生理温度下是液体. 这对于生命非常重要.（二）高比热因为需要很高的能量来破坏氢键，所以，水的比热很高。

由于植物体含有大量的水分，所以当环境温度变化较大，植物体吸收或散失较多热能时，植物仍能维持相当恒定的体温（三）高气化热这同样是由于水分之间的氢键造成的，破坏氢键需要很高的能量。

在炎热的夏天植物通过蒸腾作用散失水分，可以降低体温。

（四）高内聚力、粘附力和表面张力由于水分子间有很强的内聚力可以使木质部导管的水柱在受到很大张力的条件下不致于断裂，保证水分能运到很高的植株顶部。

水分子间的亲和力还导致水有很高的表面张力。

（五）水是很好的溶剂由于水分子的极性，它是电解质和极性分子如糖、蛋白质和氨基酸等强有力的溶剂水分子在细胞壁和细胞膜表面形成水膜，保护分子的结构。

水是代谢反应的参与者（水解、光合等）。

水作为许多反应的介质和溶剂，同时由于水的惰性不会轻易干扰其它代谢反应（二）水分在植物体内的存在状态1. 束缚水与自由水束缚水（bound water）：靠近胶粒并被紧密吸附而不易流动的水分，叫做束缚水自由水（free water）：距胶粒较远，能自由移动的水分叫自由水。

自由水、束缚水与代谢的关系：自由水参与各种代谢活动，其数量的多少直接影响植物代谢强度，自由水含量越高，植物的代谢越旺盛。

束缚水不参与代谢活动，束缚水含量越高，植物代谢活动越弱，越冬植物的休眠芽和干燥种子里所含的水基本上是束缚水，这时植物以微弱的代谢活动渡过不良的环境条件。

植物生理学中的水分调节机制植物是一种非常适应各种环境的生物，而水分调节机制是植物生理学中的一个重要研究领域。

植物需要水来进行光合作用和细胞代谢，并通过自身的机制来调节在不同环境条件下的水分吸收、传输和保持。

本文将从根系吸水、叶片蒸腾和气孔调节等方面来介绍植物生理学中的水分调节机制。

根系吸水是植物获取水分的第一步。

植物根系通过与土壤接触的根毛吸收土壤中的水分。

根毛是一种细胞丝状突起，通过差异浓度使水分顺势进入植物体内。

当土壤中含有足够的水分时，植物可以通过根系吸收超过自身需求的水分，以保持体内的水分比较稳定。

但当土壤中水分不足时，植物会采取一系列调节机制来限制水分的流失，比如根系增加吸水效率，调节根毛的生长和分布等。

这些机制有助于植物更好地适应环境并保持水分平衡。

叶片蒸腾是植物体内水分流失的主要途径之一。

叶片上的气孔通过开闭调节水分的蒸发和二氧化碳的吸收。

当环境湿度较低时，植物通过调节气孔的开启程度来限制水分的流失。

气孔的开启程度由叶片内的气孔闭合物质和外界环境因素共同影响。

例如，高温、低湿度和高风速会导致气孔开启，从而使水分快速蒸发。

植物可以通过控制气孔的开闭来调节水分的蒸发速率，以适应环境的变化。

除了根系吸水和叶片蒸腾，植物还有其他水分调节机制。

例如，植物体内存在一种叫做渗透调节的机制。

当植物体内的水分含量过低时，植物会增加渗透物质的浓度，从而吸引水分进入植物细胞内部。

这样一来，植物就可以保持细胞内水分的平衡，以维持正常的生理活动。

另外，植物还能通过改变细胞结构来调节水分的流失与保持。

一些植物的叶片表面存在一层叫做角质层的保护物质。

角质层可以减少水分的蒸发，从而降低植物体内水分的流失速率。

另外一些植物还会在叶片表面上产生毛状结构，通过增加局部的空气层来降低水分的蒸发。

总的来说，在植物生理学中，水分调节机制是植物适应不同环境条件的关键。

通过根系吸水、叶片蒸腾和气孔调节等机制，植物能够在水分充足时吸收多余的水分，在缺水时限制水分的流失，并通过其他调节机制来保持细胞内水分平衡。

植物⽣理学整理植物⽔分关系的基本概念⼀、⽔分的⽣理⽣态作⽤1、⽔分的⽣理作⽤⽔是细胞原⽣质的主要成分，植物体内绝⼤多数代谢过程都是在⽔介质中进⾏的，⽔是⼀些代谢过程的反应物质，充⾜的⽔分能使植物保持固有的姿态，⽔的理化性质给植物的⽣命活动带来了各种有利条件。

2、⽔分的⽣态作⽤⽔是植物⽣存的重要环境条件，⽔对植物⽣长发育的影响，⽔对植物数量和分布的影响。

⼆、植物体内⽔分特征⽔分在植物体内的作⽤，不仅与其含量有关，也与⽔分的存在状态、能态有关。

⽔的结构与性质1、⽔的结构分⼦式：H2O结构：电中性，极性分⼦、缔和分⼦2、⽔的性质⽔的沸点：100⽔的⽐热：4.187 kJ.kg-1.K-1⽔的⽓化热：25℃，2.45 kJ.kg-1 (586kcal.kg-1 )⽔的密度：0⼀4℃，最⼤⽔的内聚⼒——液体状态下同类分⼦间具有的分⼦间引⼒⽔的粘附⼒——⽔与极性物质之间通过氢键形成有较强的作⽤⼒⽔的表⾯张⼒——在空⽓—⽔界⾯上存在着⼀种⼒⽑细作⽤：内聚⼒、粘附⼒和表⾯张⼒的共同作⽤产⽣了⽑细作⽤(现象)⽔的不可压缩性⽔的⾼抗张(拉)强度：20℃，30 MPa⽔的电性质：介电常数⾼，⽔合作⽤1、植物体内⽔分数量不同植物的含⽔量有很⼤的不同同⼀植物⽣长在不同的环境中，含⽔量也不同同⼀植物的不同器官和组织的含⽔量差异很⼤植物及其器官组织的含⽔量随⽣长发育⽽改变2、植物体内⽔分状态束缚⽔——植物组织中⽐较牢固地被细胞中胶休颗粒吸附⽽不易流动的⽔分⾃由⽔——植物组织中距离胶体颗料较远⽽可以⾃由移动的⽔分细胞中⾃由⽔和束缚⽔⽐例的⼤⼩往往影响代谢的强度。

束缚⽔含量与植物抗性⼤⼩有密切关系3、植物体内⽔分能量⽔的化学势——在恒温恒压条件下，体系中1mol⽔的⾃由能(偏摩尔⾃由能)。

根据热⼒学原理，将⼀体系中可以⽤于做有⽤功的能量称为该体系的⾃由能。

因⽔分⼦不带电荷，故⽔溶液中⽔的化学势µw为：µw = µw* + RTln αw + VB,mP + mW ghµw*：与体系温度相同、⼤⽓压相等的纯⽔的化学势，规定为0。